2020-2021學(xué)年物理新教材人教版選擇性必修第一冊學(xué)案：第4章 1 光的折射 Word版含解析

1、1光的折射學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.物理觀念理解光的折射定律、折射率的物理意義，知道折射率與光速的關(guān)系2.會根據(jù)光的折射定律作出光路圖，并能用來解釋和計算有關(guān)問題閱讀本節(jié)教材，回答第80頁“問題”并梳理必要知識點(diǎn)教材第80頁問題提示：是在昆蟲實際位置的上方一、折射定律1光的反射和光的折射(1)光的反射：光從第1種介質(zhì)射到第1種介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光會返回到第1種介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫作光的反射如圖所示(2)光的折射：光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光進(jìn)入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象2折射定律(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦

2、與折射角的正弦成正比，即n12.(2)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的二、折射率1物理意義反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量2定義光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率，即n.3折射率與光速的關(guān)系某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n.4特點(diǎn)任何介質(zhì)的折射率都大于1.1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)反射定律是確定反射光線位置的規(guī)律()(2)一束光從空氣進(jìn)入水中時傳播方向一定改變()(3)當(dāng)光從空氣垂直進(jìn)入水中時，水的折射率為0.()(4)折射率大的介質(zhì)，密度不一定大()2(多選)關(guān)于光

3、的反射與折射，下列說法正確的是()a光發(fā)生反射時，光的傳播方向不一定改變b光發(fā)生反射時，光的傳播方向一定改變c光發(fā)生折射時，一定伴隨著反射現(xiàn)象d光發(fā)生反射時，一定伴隨著折射現(xiàn)象bc發(fā)生反射時，光的傳播方向一定發(fā)生改變，且可以改變90，a錯，b對；發(fā)生折射時，一定伴隨著反射現(xiàn)象，但有反射現(xiàn)象，不一定有折射現(xiàn)象，c對，d錯3若某一介質(zhì)的折射率較大，那么光在該介質(zhì)中的速度較_解析由n可知，介質(zhì)的折射率越大，光在該介質(zhì)中的速度越小答案小折射定律問題1：看筷子的視深和實深相同嗎？問題2：甲、乙兩個圖中，虛線代表什么？問題3：觀察筷子和魚的折射現(xiàn)象，其原理是什么？提示：1.不相同2.虛線表示光不發(fā)生折射時

4、的傳播路線3光從水射入空氣中，由于介質(zhì)不同使光路發(fā)生偏折1光的方向光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播方向一般要發(fā)生變化(斜射)，并非一定變化，當(dāng)光垂直界面入射時，傳播方向就不發(fā)生變化2.入射角與折射角的大小關(guān)系光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論，要視兩種介質(zhì)的折射率大小而定當(dāng)光從真空斜射入介質(zhì)時，入射角大于折射角；當(dāng)光從介質(zhì)斜射入真空時，入射角小于折射角【例1】(多選)如圖所示，虛線表示兩種介質(zhì)的界面及其法線，實線表示一條光線射向界面后發(fā)生反射和折射的光線，以下說法正確的是()abo可能是入射光線bao可能是入射光線cco可能是入射光線dob可能是反射光線bd由

5、于反射角等于入射角，入射光線、反射光線關(guān)于法線對稱，所以ao、ob應(yīng)是入射光線或反射光線，pq是法線又因為反射光線、折射光線都不與入射光線位于法線同側(cè)，所以ao是入射光線，ob是反射光線，oc是折射光線(1)在反射、折射現(xiàn)象中，光路都是可逆的.(2)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播方向一般要發(fā)生變化，但并非一定要變化；當(dāng)光垂直分界面入射時，光的傳播方向就不會變化.1如圖所示，落山的太陽看上去正好在地平線上，但實際上太陽已處于地平線以下，觀察者的視覺誤差大小取決于當(dāng)?shù)卮髿獾臓顩r造成這種現(xiàn)象的原因是什么？解析太陽光線進(jìn)入大氣層發(fā)生折射，使傳播方向改變，使人感覺太陽的位置比實際位置偏高答案光的折射

6、折射率幾種介質(zhì)的折射率(589.3 nmt20 )介質(zhì)折射率介質(zhì)折射率金剛石2.42氯化鈉1.54二硫化碳1.63酒精1.36玻璃1.51.8水1.33水晶1.55空氣1.000 28分析上表，是不是密度大的物質(zhì)折射率就大？舉例說明提示：不是例如：水的密度比酒精的密度大，但水的折射率卻比酒精的折射率小1關(guān)于正弦值當(dāng)光由真空射入某種介質(zhì)中，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但正弦值之比是一個常數(shù)2關(guān)于常數(shù)n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個常數(shù)，但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映著該介質(zhì)的光學(xué)特性3光傳播速度介質(zhì)的折射率n跟光在其中的傳播速率v有關(guān)，即n，由于光在真空中的傳播

7、速率c大于光在任何介質(zhì)中的傳播速率v，所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1.因此，光從真空斜射入任何介質(zhì)時，入射角均大于折射角；而光由介質(zhì)斜射入真空時，入射角均小于折射角4決定因素介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小只能由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定，不隨入射角、折射角的變化而變化【例2】如圖所示，光線以入射角1，從空氣射向折射率為n的玻璃表面(1)當(dāng)入射角145時，反射光線與折射光線間的夾角為多大？(2)當(dāng)入射角1為多少時，反射光線與折射光線垂直？思路點(diǎn)撥：本題主要考查反射角、入射角和折射角的概念，首先應(yīng)弄清反射角、折射角和入射角的含義，然后根據(jù)光路圖，利用幾何知識解題解析(1)由折射

8、定律有n，解得sin 2，則230，由反射定律得1145，由幾何關(guān)系可知反射光線與折射光線間的夾角為105.(2)當(dāng)反射光線與折射光線垂直時，1290則ntan 1故1arctan54.74.答案(1)105(2)54.74處理光的折射問題的一般思路(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角均是光線與法線的夾角(3)利用折射定律、折射率公式列式求解2(多選)如圖所示，一單色光由介質(zhì)射入介質(zhì)，在界面mn上發(fā)生偏折下列說法正確的是()a該光在介質(zhì)中傳播的速度大b該光在介質(zhì)中傳播的速度大c該光在介質(zhì)中和介質(zhì)中傳播的速度之比為1d該光在介質(zhì)中和介質(zhì)中

9、傳播的速度之比為1bd由題圖知該光在介質(zhì)中的折射角較大，則介質(zhì)的折射率大于介質(zhì)的折射率，根據(jù)折射率與光速的關(guān)系可知光在介質(zhì)中傳播的速度大；介質(zhì)相對介質(zhì)的折射率為n，則該光在介質(zhì)中和介質(zhì)中傳播的速度之比為1.選項b、d正確測量玻璃的折射率1實驗原理如圖所示，abcd為一個兩面平行的玻璃磚，入射角為1，折射角為2，根據(jù)n計算出玻璃的折射率2實驗器材白紙，圖釘，大頭針，直尺，鉛筆，量角器，平木板，長方形玻璃磚3實驗步驟(1)在白紙上畫出一條直線aa作為界面，過aa上的一點(diǎn)o1畫出界面的法線nn，并畫一條線段ao1作為入射光線，如圖所示(2)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的一個長邊與aa對齊用直尺或三

10、角板輕靠在玻璃磚的另一長邊，按住直尺或三角板不動將玻璃磚取下，畫出直線bb代表玻璃磚的另一邊(3)在直線ao1上豎直插上兩枚大頭針p1、p2，透過玻璃磚觀察大頭針p1、p2的像，調(diào)整視線方向，直到p2擋住p1的像再在觀察的這一側(cè)豎直插上兩枚大頭針p3、p4，使p3擋住p1、p2的像，p4擋住p3以及p1、p2的像，記下p3、p4的位置過p3、p4作一條線段交bb于o2.(4)連接o1o2，直線o1o2就代表了沿ao1方向入射的光線在玻璃磚中的傳播路徑，入射角1ao1n，折射角2o2o1n.4實驗注意事項(1)所用玻璃磚要盡可能厚(2)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且p1與p2之間、p3與p4之間

11、距離要稍大一些(3)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的位置都不能改變(4)操作時不能用手觸摸玻璃磚光潔的光學(xué)面，更不能用玻璃磚代替直尺畫線，以免劃傷玻璃磚表面(5)實驗時入射角不能太小(接近零度)，否則會使測量誤差增大；也不能太大(接近90)，否則不易觀察到p1、p2的像5實驗數(shù)據(jù)處理(1)平均值法計算出入射角不同時，入射角的正弦與折射角的正弦的比值，最后求出在幾次實驗中所測的平均值，即為玻璃磚的折射率(2)圖像法根據(jù)n，有sin 2sin 1.在多次改變?nèi)肷浣?、測量相對應(yīng)的入射角和折射角并計算正弦值的基礎(chǔ)上，以sin 1的值為橫坐標(biāo)，sin 2的值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖所示描點(diǎn)畫線得到一條

12、過原點(diǎn)的直線，求解圖線的斜率，設(shè)斜率為k，則k，故玻璃磚折射率n.6實驗誤差分析(1)誤差來源本實驗誤差的主要來源是測量光在玻璃中的折射角2的誤差(2)減小誤差的方法選用寬度較大的玻璃磚，玻璃磚寬度宜在5 cm以上，若寬度太小則測量誤差較大入射角宜在1575范圍內(nèi)取值在紙上畫aa、bb兩條線時，應(yīng)盡量準(zhǔn)確地與玻璃磚的兩個平行的折射面重合，這樣，兩交點(diǎn)o1、o2才能與光線的實際入射點(diǎn)較好地相符，否則將使畫出的玻璃中的光路與實際情況偏離嚴(yán)重名師點(diǎn)睛：插針的作用是找出玻璃磚內(nèi)的光路，其關(guān)鍵是確定入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，而入射點(diǎn)和出射點(diǎn)是利用插針后確定的直線與界面相交而得到的，故實驗的關(guān)鍵是插準(zhǔn)大頭針，畫準(zhǔn)玻

13、璃磚邊界線，而與所選玻璃磚兩邊是否平行無關(guān)如用半圓形、圓形或三角形玻璃磚，均可測出其折射率，光路如圖所示nnn(a) (b)(c)【例3】用圓弧狀玻璃磚做測量玻璃折射率的實驗時，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針p1、p2，然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使p1的像被p2擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針p3和p4，使p3擋住p1和p2的像，p4擋住p3以及p1和p2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所示，其中o為兩圓弧所在圓的圓心，圖中已畫出經(jīng)過p1、p2點(diǎn)的入射光線(1)在圖上補(bǔ)畫出完整的光路(2)為了測出玻璃磚的折射率，需要測量入射角i和

14、折射角r，請在圖中的ab分界面上畫出這兩個角(3)多次改變?nèi)肷浣?，測得幾組入射角和折射角，根據(jù)測得的入射角i和折射角r的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n_.甲乙思路點(diǎn)撥：插針法的目的在于確定光路，由四個針的位置可以分別確定進(jìn)入玻璃磚前和射出玻璃磚后的光路，從而確定光線進(jìn)入和射出玻璃磚的位置，并畫出玻璃磚中的光路解析(1)p3、p4的連線與cd的交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置，p1、p2的連線與ab的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置，連接這兩點(diǎn)即可作出玻璃磚中的光路，如圖所示(2)連接o點(diǎn)與光線在ab上的入射點(diǎn)所得直線即為法線，作出入射角和折射角如圖中i、r所示(3)圖乙

15、中圖線的斜率kn，由圖乙可知斜率為1.5，即該玻璃磚的折射率為1.5.答案(1)見解析圖(2)見解析圖(3)1.53(多選)某同學(xué)用“插針法”做測量玻璃折射率實驗時，他的方法和操作步驟都正確無誤，但他處理實驗記錄時，發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個光學(xué)面aa和bb不平行，如圖所示，則()aao與ob兩條直線平行bao與ob兩條直線不平行c他測出的折射率偏大d他測出的折射率不受影響bd光線由aa進(jìn)入玻璃磚時，由折射定律得n.光線從bb射出玻璃磚時，由折射定律得n，若aabb，則r，進(jìn)而i，出射光線ob與入射光線ao平行；若aa與bb不平行，則有r，進(jìn)而i，出射光線ob與入射光線ao不平行，故選項b正確，a錯誤；

16、用“插針法”測玻璃折射率時，只要實驗方法正確，光路準(zhǔn)確無誤，結(jié)論必定正確，它不受玻璃的形狀影響，故選項d正確，c錯誤1物理觀念：光的反射、折射、折射率、折射定理2科學(xué)思維：平面幾何知識的應(yīng)用3科學(xué)探究：探究折射角和入射角間的關(guān)系.1(多選)關(guān)于折射率，下列說法正確的是()a某種介質(zhì)的折射率等于光在介質(zhì)中傳播速度v和光在真空中的傳播速度c的比值b折射角和入射角的大小決定著折射率的大小c兩種介質(zhì)相比較，折射率小的介質(zhì)折光性較差d任何介質(zhì)的折射率都大于1cd某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c與光在介質(zhì)中傳播速度v的比值，a不對；折射率與折射角和入射角的大小無關(guān)，b不對；折射率是衡量材料光學(xué)性

17、能的重要指標(biāo)，c、d對2(多選)如圖所示，光在真空和某介質(zhì)的界面mn上發(fā)生折射，由圖可知()a光是從真空射入介質(zhì)的b光是由介質(zhì)射入真空的c介質(zhì)的折射率為d反射光線與折射光線的夾角為90bcd根據(jù)題圖可知，入射角為30，折射角為60，反射光線與折射光線垂直，光是從介質(zhì)射入真空的，折射率n，只有b、c、d正確3假設(shè)地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比將_(選填“提前”或“延后”)解析假如地球周圍沒有大氣層，太陽光將沿直線傳播，如圖所示在地球上b點(diǎn)的人們將在太陽到達(dá)a點(diǎn)時看到日出；而地球表面有大氣層，由于空氣的折射率大于1，并且離地球表面越近，大氣層越密，折射率越大，太陽光將沿如圖所示ab曲線射入在b處的人眼中，使在b處的人看到了日出但b處的人認(rèn)為光是沿直線傳播，則認(rèn)為太陽位于地平線上的a點(diǎn)，而此時太陽還在地平線下，日出的時間提前了，所以無大氣層時日出的時間將延后答案延后4在利用插針法測量玻璃折射率的實驗中：(1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa和bb后，不小心碰了玻璃磚使它向aa方向平移了少許，如圖所示則他測出的折射率將_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)(2)乙同學(xué)在畫界面時，不小心將兩界面aa、bb間距畫得比玻璃寬度大些，如圖所示，則他測得